細(xì)纖維過(guò)濾介質(zhì)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 描述了包括適于用作過(guò)濾介質(zhì)的細(xì)纖維產(chǎn)品以及相關(guān)組件、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)濾介質(zhì)可以在各種應(yīng)用中用于除去污染物。根據(jù)應(yīng)用，過(guò)濾介質(zhì)可以被設(shè)計(jì)為 具有不同的性能特征。通常，過(guò)濾介質(zhì)可以由纖維網(wǎng)形成。纖維網(wǎng)提供允許流體（例如，液 體或氣體）流經(jīng)過(guò)濾介質(zhì)的多孔結(jié)構(gòu)。包含在流體內(nèi)的污染物顆?？梢员徊东@在纖維網(wǎng) 上。過(guò)濾介質(zhì)的特征（例如，纖維直徑和單位面積重量）影響過(guò)濾性能（包括過(guò)濾效率和 流體流經(jīng)過(guò)濾器的阻力）。
[0003] 纖維網(wǎng)可以通過(guò)不同的工藝形成。在熔噴工藝中，纖維網(wǎng)可以通過(guò)將聚合物材料 通過(guò)模頭擠出，并隨后用加熱的高速空氣流使所得長(zhǎng)絲變細(xì)形成。該工藝可以生產(chǎn)細(xì)纖維， 所述細(xì)纖維可以被收集在移動(dòng)的收集帶上，在收集器上細(xì)纖維彼此纏結(jié)形成纖維網(wǎng)。在擠 出工藝期間中存在可以影響所得纖維網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和性能特征的幾個(gè)參數(shù)。擠出工藝的改進(jìn)可 以使得纖維網(wǎng)具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和性能特性，例如，減小的纖維直徑、增加的表面積、和/或 減少的單位面積重量。這種改進(jìn)可以用在許多可以使用纖維網(wǎng)的不同的領(lǐng)域（例如過(guò)濾應(yīng) 用）中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及細(xì)纖維產(chǎn)品以及相關(guān)組件、系統(tǒng)和方法。
[0005] 在一些實(shí)施方案中，提供了一系列纖維網(wǎng)。在一組實(shí)施方案中，纖維網(wǎng)包括由聚合 物材料形成的多根熔噴纖維，所述多根熔噴纖維的平均直徑為約0. 1微米至約1. 5微米。纖 維網(wǎng)的透氣率為約10CFM至約1800CFM，表面積為約0.lm2/g至約6. 0m2/g，單位面積重量為 約1.Og/m2至約100g/m2,并且厚度為約0. 0005英寸至約0. 04英寸。纖維網(wǎng)還具有小于約 1. 6個(gè)顆粒/平方英寸的顆粒表面密度，所述顆粒由聚合物材料形成，其中每個(gè)所述顆粒的 最大截面尺寸為約1. 〇mm或更大。
[0006] 在另一組實(shí)施方案中，纖維網(wǎng)包括具有平均纖維直徑為約0. 1微米至約1. 5微米 的多根熔噴纖維的纖維網(wǎng)。纖維網(wǎng)的平均孔徑大于約〇. 1微米并且小于約2. 0微米。纖維 網(wǎng)的透水率大于約0. 2ml/min?cm2wsi，并且滲透池度小于約8NTU。纖維網(wǎng)還具有約15g/ m2至約200g/m2的單位面積重量以及約0. 002英寸至約0. 02英寸的厚度。
[0007] 在另一組實(shí)施方案中，纖維網(wǎng)包括平均纖維直徑為約0. 1微米至約1. 5微米的 多根熔噴纖維。纖維網(wǎng)的平均孔徑大于約0.1微米并且小于約2.0微米。纖維網(wǎng)的泡點(diǎn) (bubblepoint)與平均孔徑的比率可以小于約3 : 1。纖維網(wǎng)的透水率可以大于約0.2ml/ min?cm^psi。另外，纖維網(wǎng)的密實(shí)度可以大于或等于約10%并且小于約70%。纖維網(wǎng)的 單位面積重量可以為約15g/m2至約200g/m2。纖維網(wǎng)的厚度可以為約0. 002英寸至約0. 02 英寸。
[0008] 在另一組實(shí)施方案中，纖維網(wǎng)包括由聚合物材料形成的多根熔噴纖維，所述多根 熔噴纖維的平均纖維直徑為約0. 1微米至約0. 6微米。纖維網(wǎng)的透氣率為約10CFM至約 1800CFM，表面積為約0.lm2/g至約6. 0m2/g，單位面積重量為約1.Og/m2至約100g/m2,并且 厚度為約〇. 0005英寸至約0. 04英寸。纖維網(wǎng)還具有小于約5個(gè)顆粒/平方英寸的顆粒表 面密度，所述顆粒由聚合物材料形成，其中每個(gè)所述顆粒的最大截面尺寸為約1.0mm或更 大。
[0009] 在另一組實(shí)施方案中，纖維網(wǎng)包括平均纖維直徑為約0. 1微米至約1. 5微米的多 根熔噴纖維。纖維網(wǎng)的透氣率為約10CFM至約1800CFM，表面積大于約2. 0m2/g，單位面積 重量為約1. 〇g/m2至約100g/m2,并且厚度為約0. 0005英寸至約0. 04英寸。
[0010] 在一些實(shí)施方案中，提供了一系列形成纖維網(wǎng)的方法。在一組實(shí)施方案中，形成纖 維網(wǎng)的方法包括：將聚合物材料引入擠出系統(tǒng)中，該擠出系統(tǒng)包括擠出機(jī)入口、模頭出口、 以及在擠出機(jī)入口與模頭出口之間的加工空間，其中擠出系統(tǒng)包括內(nèi)徑為約4英寸或更小 的擠出機(jī)料筒；以及在擠出系統(tǒng)中對(duì)聚合物材料進(jìn)行加工，使得聚合物材料在加工空間中 的停留時(shí)間（dwelltime)少于約85分鐘。該方法還包括：由聚合物材料形成多根熔噴纖 維，其中所述多根熔噴纖維的平均直徑為約〇. 1微米至約1. 5微米；以及形成包括所述多根 熔噴纖維的纖維網(wǎng)。
[0011] 在另一組實(shí)施方案中，一種形成纖維網(wǎng)的方法包括：將聚合物材料引入擠出系統(tǒng) 中，所述擠出系統(tǒng)包括擠出機(jī)入口、模頭出口、以及在擠出機(jī)入口與模頭出口之間的體積小 于約25000cm3的加工空間。該方法還包括：由聚合物材料形成多根熔噴纖維，其中所述多 根熔噴纖維的平均直徑為約〇. 1微米至1. 5微米；以及形成包括所述多根熔噴纖維的纖維 網(wǎng)。
[0012] 在另一組實(shí)施方案中，一種形成纖維網(wǎng)的方法包括：將聚合物材料引入擠出系統(tǒng) 中，所述擠出系統(tǒng)包括擠出機(jī)入口、模頭出口、以及在擠出機(jī)入口與模頭出口之間的加工空 間；以及在擠出系統(tǒng)中對(duì)聚合物材料進(jìn)行加工，使得聚合物材料在加工空間中的停留時(shí)間 少于約30分鐘并且聚合物材料的通過(guò)量小于約85鎊/時(shí)。該方法還包括：由聚合物材料 形成多根熔噴纖維，其中所述多根熔噴纖維的平均直徑為約〇. 1微米至1. 5微米；以及形成 包括所述多根熔噴纖維的纖維網(wǎng)。
[0013] 在另一組實(shí)施方案中，一種形成纖維網(wǎng)的方法包括：將聚合物材料引入擠出系統(tǒng) 中，該擠出系統(tǒng)包括擠出機(jī)入口、模頭出口、以及在擠出機(jī)入口與模頭出口之間的加工空 間；以及在擠出系統(tǒng)中對(duì)聚合物材料進(jìn)行加工，使得聚合物材料在加工空間中的停留時(shí)間 少于約50分鐘并且聚合物材料的通過(guò)量小于約55鎊/時(shí)。該方法還包括：由聚合物材料 形成多根熔噴纖維，其中所述多根熔噴纖維的平均直徑為約〇. 1微米至1. 5微米；以及形成 包括所述多根熔噴纖維的纖維網(wǎng)。
[0014] 當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)描述的本發(fā)明的各種非限制性實(shí)施方案，本發(fā) 明的其他優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得明顯。在本說(shuō)明書(shū)和通過(guò)引用并入的文獻(xiàn)包含矛盾和/或 不一致的公開(kāi)內(nèi)容的情況下，以本說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)。如果通過(guò)引用并入的兩個(gè)或更多個(gè)文獻(xiàn)包 括相對(duì)于彼此矛盾和/或不一致的公開(kāi)內(nèi)容，那么以生效日期在后的文件為準(zhǔn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案將通過(guò)舉例的方式參照附圖進(jìn)行描述，所述附圖是示 例性的并非旨在按比例繪制。在附圖中，每個(gè)示出的相同或幾乎相同的部件通常是以單一 附圖標(biāo)記表示。為了清楚起見(jiàn)，在不需要圖解來(lái)使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明的地 方，不是每個(gè)部件都被標(biāo)記，也不是本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方案中的每個(gè)部件都被示出。在附圖 中：
[0016] 圖1為示出根據(jù)一組實(shí)施方案的纖維形成工藝的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 描述了包括纖維網(wǎng)的細(xì)纖維產(chǎn)品以及相關(guān)組件、系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施方案 中，本文所描述的纖維網(wǎng)可以包括在纖維擠出工藝期間形成的細(xì)纖維和相對(duì)低量的降解聚 合物。聚合物降解可能導(dǎo)致聚合物顆粒的形成，其可降低用于過(guò)濾介質(zhì)或其他應(yīng)用的纖維 網(wǎng)的特性。聚合物降解可以通過(guò)，例如減少聚合物材料在擠出系統(tǒng)的某些部分中相對(duì)高溫 高壓下花費(fèi)的時(shí)間量（例如，停留時(shí)間）來(lái)減少。影響這種減少的停留時(shí)間的因素與形成 具有小直徑纖維的期望相平衡，所述小直徑纖維在某些常規(guī)工藝中在較長(zhǎng)的停留時(shí)間下生 產(chǎn)。在一些實(shí)施方案中，本文所述的纖維網(wǎng)具有相對(duì)低的透氣率和相對(duì)高的表面積，這可以 導(dǎo)致提高的性能。還提供了本文所述的制品、方法和系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 本公開(kāi)內(nèi)容描述了幾種方法來(lái)解決與某些聚合物纖維擠出工藝有關(guān)的一些問(wèn)題。 一個(gè)問(wèn)題涉及直徑非常小的纖維的形成。如下面更詳細(xì)的描述的，通常在某些擠出工藝中 直徑非常小的纖維的形成使用相對(duì)低的聚合物通過(guò)量。然而，低通過(guò)量可能導(dǎo)致在擠出工 藝期間形成顆粒形式的降解聚合物材料。這種降解可能由于聚合物材料經(jīng)歷擠出工藝長(zhǎng)時(shí) 間的相對(duì)高溫高壓和/或其他條件下所引起。隨著降解聚合物的量的增加，每單位聚合物 生產(chǎn)的纖維減少。對(duì)于用于過(guò)濾的纖維網(wǎng)或某些其他應(yīng)用的纖維網(wǎng)而言，不期望發(fā)生這種 情況，這是因?yàn)樗赡軐?dǎo)致為了獲得與不含降解聚合物而所有其他因素都相同的纖維網(wǎng)相 同的性能水平而必須形成具有較高的單位面積重量的纖維網(wǎng)。
[0019] 過(guò)去，在擠出工藝期間形成的降解聚合物的量的增加有時(shí)導(dǎo)致專(zhuān)業(yè)人員不得不改 變擠出工藝